DK163549B - Spaendingsstyret transientbeskyttelse - Google Patents

Description

DK 163549 B

Den foreliggende opfindelse angår en indretning til overspændingsbeskyttelse af kredsløb i en telefoncentral ifølge krav l's indledning. Sådanne overspændinger kan eksempelvis være lyntransienter på med centralen forbundne led-5 ninger eller såkaldte longitudinelle forstyrrelser på abonnentledninger, som er forårsaget af kortslutning til jord.

I tidsskriftet Electronics, 25. oktober 1979, side 42 beskrives en indretning til beskyttelse af kredsløb, der er forbundet med telefonnettet. Indretningen er bestemt til at 10 beskytte mod eksempelvis lyntransienter på abonnentledninger og består i hovedsagen af fire såkaldte clampdioder, der forbinder abonnentledningens to tråde med strømforsyningskildens to poler. Ved hjælp af denne indretning begrænses den maksimale spænding mellem a- og b-trådene til forsyningskildens 15 polspænding. Ulempen ved denne udformning af beskyttelseskredsen er, at de store transientstrømme, som kan ledes til forsyningskildens minuspol giver anledning til spændingsfald i forsyningskilden blandt andet på grund af dens indre modstand. Sådanne spændingsfald kan atter ødelægge andet udstyr.

20 For at overvinde denne ulempe er det blevet foreslået, jfr. eksempelvis svensk patentskrift nr. B-435.008, at lede de negative transientstrømme til jord ved hjælp af zenerdio-der i stedet for mod batteriets minuspol. Ulempen ved denne løsning er, at transientbeskyttelsen ikke er virksom over for p c forstyrrelsesspændinger i området mellem den varierende batterispænding og zenerspændingen.

Et yderligere problem ved kendte indretninger ligger i beskyttelsesindretningens samvirken med abonnentledningens ringerelæ. Indkobling af ringesignalet på ledningen sker nemlig 30 i de fleste tilfælde ved hjælp af et relæ. Ringesignalgenera- toren frembringer en vekselspænding i eksempelvis området • fra -200 V til + 150 V, mens arbejdsområdet for den med linien forbundne liniekreds ligger mellem 0 V og batterispændingen, eksempelvis -56 V. Transientbeskyttelsen for liniekredsen, som således skal beskytte for spændinger, der er lavere end -56 V og højere end en 0 V, må derfor være beliggende mellem 35 2

DK 163549 B

ringerelæet og liniekredsen, således at beskyttelseskredsen ikke kortslutter ringespændingen. Ulempen ved en sådan indretning er, at de undertiden høje transientstrømmme ved eksempelvis lynforstyrrelser går gennem relækontakterne, som således 5 må dimensioneres til denne belastning.

Den opgave som ligger til grund for den foreliggende opfindelse skal løse et problem med at placere transient-beskyttelsen før ringerelæet i et telefonanlæg, som er forsynet med en relækreds til indkobling af ringestrøm til 10 ledningen.

Dette betyder, at beskyttelsen skal virke både ved modtagelse af signaler, når liniekredsen skal beskyttes mod transienter, som overskrider driftspændingen, og ved udsendelse af ringesignaler, når beskyttelsen først skal virke 15 ved spændinger, som overstiger maksimalværdien af ringesig-nalet. I det første tilfælde skal transientbeskyttelsen automatisk indstilles således, at man ved varierende liniespænding får en sådan indstilling af beskyttelsen, at den aktiveres ved transienter med maksimalværdier, som over-20 skrider den aktuelle liniespænding med kun nogle få volt.

Ingen af de foran anførte publikationer omtaler en kobling, som tilnærmelsesvis opfylder disse krav.

Derwent's abstract no. E 5544 D/20, omtaler en tran-sientbeskyttelse, hvor udløsningspunktet er fast og bestemmes 25 af beskyttelsens opbygning ved hjælp af gennembrudsspændingen for en zenerdiode. Nogen afhængighed af fødespændingen findes ikke.

Det samme er tilfældet med svensk patentskrift nr.

414.357, som omtaler en transientbeskyttelse med selvtændende 30 diodethyristorer. Nogen mulighed for at styre tændspændingen findes heller ikke her, idet denne er bestemt ved fremstillingen af diodethyristorerne.

Ved opfindelsen anvises en løsning, som er ejendommelig ved den i krav l's kendetegnende del angivne udform-35 ning.

Fordelene ved løsningen ifølge opfindelsen er åbenbare, idet beskyttelseskredsen er virksom over for alle realistiske 3

DK 163549 B

værdier af forstyrrelsesspændingen samtidig med at ringerelæet kun behøver at dimensioneres med henblik på sin egentlige funktion som forbindelseselement for ringespændingen til abonnenten. Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under 5 henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser en indretning ifølge kendt teknik, fig. 2 viser en indretning ifølge kendt teknik, fig. 3 viser en indretning ifølge kendt teknik, fig. 4 viser en indretning ifølge opfindelsen, 10 fig. 5 viser i større enkeltheder en indretning ifølge opfindelsen.

Fig. 1 viser ifølge ovenstående en indretning ifølge kendt teknik. En såkaldt Subscriber Line Interface Circuit eller liniekreds 1 er forbundet med en abonnentlednings to 15 tråde a, b. For at beskytte kredsen 1 mod positive tran-sienter, der kommer ind på tråden, er der i serie indføjet en strømbegrænsende modistand RI og en diode D2 er forbundet til jord. Ved denne udformning kan spændingen ved tråden a's forbindelse med kredsen 1 maksimalt blive lig med nul 20 volt. En tilsvarende indretning beskytter kredsen 1 mod positive transienter der kommer ind på tråden b. Negative transienter kortsluttes til forsyningsspændingskildens negative pol, der har spændingen -Ul. En beskyttelseskreds, der er udført på denne måde, har de ovenfor anførte ulemper.

25 Fig. 2 viser et andet beskyttelseskredsløb ifølge kendt teknik. To zenerdioder DZ1 og DZ2 afleder de transiente strømme, positive og negative, gennem to strømbegrænsende modstande RI og R2 til jord.

I fig. 3 vises indretningen ifølge fig. 2 sammen 30 med en sædvanligt forbundet ringesignalgenerator 2. Et ringerelæ 3, der er styret fra centralen, kan med henblik på signalering til abonnenten forbinde abonnentledningens a- og b-tråde med generatorens to poler.

I fig. 4 vises et kredsløbsdiagram for en indretning 35 ifølge opfindelsen. Positive samt negative transientstrømme på begge taletrådene afledes, som det vil blive vist, til jord.

DK 163549B

4

Herved undgås problemet med spændingsfald i effektforsyningen til liniekredsene 1. Problemet i forbindelse med løsningen ifølge fig. 2 undgås ved at tændspændingen til de indretninger, som beskytter mod negative transienter, følger liniekredsen l's 5 forsyningsspænding, og endelig beskyttes ringerelæet 3's kontakter mod de transiente strømme ved at relæet anbringes mellem beskyttelseskredsen og Miniekredsen 1.

Indretningen er vist i uvirksom tilstand i fig. 4.

En positiv transient på tråden a afledes til jord via dioden 10 D5 og thyristoren TI, hvis styreelektrode-katodeovergang holdes positivt forspændt ved hjælp af en spænding + U3 i forhold til jord. På lignende måde afledes en positiv transient på tråden b via dioden D6 og thyristoren TI til jord.

På samme måde som ovenfor beskrevet er to strømbegrænsende 15 modstande RI og R2 forbundet mellem beskyttelsesindretningen og a- og b-trådene.

En negativ transient på tråden a af en størrelse, der er større end forsyningsspændingen Ul, afledes til jord via thyristoren T2 og dioden D7. Thyristorens styreelektrode 20 holdes på spænding -Ul, der er lig med forsyningsspændingen. Thyristoren T3 og dioden D7 afleder de negative transienter på tråden b. Kredsen 1 er således i uvirksom tilstand beskyttet mod fra linien indkommende positive transienter og negative transienter, der har en størrelse, som er større end forsynings-25 spændingen Ul.

En lynforstyrrelse kan imidlertid også indtræffe samtidig med at ringesignalet udsendes til abonnenten.

Ringerelæet 3 er i dette tilfælde blevet gjort virksomt og forbundet med ringesignalgeneratorens poler gennem to 30 strømbegrænsende modstande R3 og R4 til linien. Med den stiplede linie er i figuren funktionsmæssigt antydet, at samtidig med at ringerelæet gøres virksomt, tilføres en anden spænding -U2 til thyristorerne T2's og T3's styreelektroder, og spændingen +U3 til thyristoren Ti's styreelektrode afbrydes.

35 Figuren skal imidlertid ikke opfattes således, at forbindelsen og afbrydelsen af disse sidstnævnte spændinger skal foretages ved hjælp af relækontakter på relæet 3.

5

DK 163549 B

-f

Den tilførte ringespænding på eksempelvis -200 V må naturligvis ikke shuntes til jord af beskyttelsesindretningen. Derimod skal spændinger, der er større end +200 V og mindre end -200 V, gøre beskyttelseskredsen virksom. Dette opnås på 5 følgende måde. En zenerdiode DZ3 med zenerspændingen 200 V er forbundet mellem thyristoren TI's anode og styreelektrode. Positive transienter på a- henholdsvis b-tråden af en størrelse, der er større end 200 V, shuntes derefter gennem dioden D5 henholdsvis D6 og thyristoren TI til jord. Styreelektroderne på 10 thyristorerne T2 og T3 er som nævnt ovenfor forbundet med spændingen -U2, der hensigtsmæssigt er lig med -200 V. Ved denne udformning bliver negative transienter med en størrelse på mere end 200 V shuntet af thyristorerne T2 og T3 og dioden D7 til jord.

15 I fig. 5 vises noget mere detaljeret en udførelses form af indretningen ifølge opfindelsen. Beskyttelseskredsen er i princippet opbygget som ovenfor beskrevet. To transistorer TRI og TR3 har konstant emitterspænding +U3 eksempelvis lig med +5 V. I uvirksom tilstand trækkes basisstrøm fra transistorer-20 ne til forsyningsspændingen -Ul, eksempelvis -48 V gennem en modstand R9. Transistoren TRI leder og leverer styrestrøm til thyristoren Ti ifølge ovenstående. Også transistoren TR3 leder og kollektorstrømmen går gennem modstanden R8 og diodekæden D8, D9, D10 til forsyningsspændingskilden -Ul. En spænding, 25 der er mindre end -Ul, på eksempelvis tråden a tænder så thyristoren T2, som trækker styrestrøm gennem modstanden R5 og transistoren TR2.

Når ringespændingen tilføres abonnenten afbrydes liniekredsen 1 på samme måde som tidligere beskrevet, samtidigt 3 0 med at en tredje kontakt på ringerelæet tilfører spændingen +U3 til basis på transistorerne TRI og TR3, som således afskæres. Ringespændingen, eksempelvis -200 V, tilføres til linien uden at blive påvirket af beskyttelseskredsen. Positive transienter på a- og b-trådene, der er større end 200 V, shuntes til jord på 35 den ovenfor beskrevne måde. Ved negative transienter på eksem- 6

DK 163549B

pelvis a-tråden med en størrelse på mere end 200 V åbnes en strømbane fra jord gennem dioden D7, zenerdioden DZ4, med zener-spændingen 200 V, modstanden R5 og thyristoren T2's styreelek-trode-katodeovergang. Thyristoren T2 tænder derved og shunter 5 transienten gennem dioden D7 til jord. En lignende funktion gælder for negative transienter på b-tråden.

10 15 20 25 30 35

Claims (4)

1. Indretning til beskyttelse af en liniekreds (l) i et telekommunikationsudstyr mod overspændinger, der optræder på en ledning (a, b), som forbinder liniekredsen (i) med en 5 terminal, idet ledningen (a, b) i en første arbejdsmåde overfører analoge og digitale signaler, der repræsenterer tale og data, til og fra liniekredsen (1), og i en anden arbejdsmåde overfører signalering til terminalen i form af vekselspænding (eller ringesignal), idet ledningen gennem 10 en omkoblingsindretning (relækontakter på 3) skiftevis kan tilsluttes liniekredsen og en vekselstrømskilde, og idet indretningen indbefatter en første og en anden strømvej, der er forbundet mellem hver ledningsdel (a hhv. b) og jord, således at hver strømvej indbefatter mindst ét ikke-lineært 15 elektronisk kredsløbselement (TI, D5, D6, T2, T3, D7), og idet mindst ét af kredsløbselementerne (TI, T2, T3) i hver strømvej er styrbart, samtidigt med at de ikke-lineære kredsløbselementer har en sådan lederetning, at de søger at kortslutte ledningsdelene til jord ved positiv overspænding 20 over den første strømvej og ved negativ overspænding over den anden strømvej, kendetegnet ved, at indretningen er forbundet med ledningen før omkoblingsindretningen (3) ved indkoblingsorganer, som i første arbejdsmåde virker ved at forbinde de styrbare kredsløbselementer (TI, T2, T3) 25 med styrespændingerne (-U1, +U3, fig. 4), som er valgt således, at den første og den anden strømvej kortslutter de overspændinger til jord, som er større end de enkelte ledningsdeles (a, b) aktuelle fødespænding (Ul), og i den anden arbejdsmåde forbinder de styrbare kredsløbselementer (TI,

30 T2, T3) med styrespændinger (-U2, zenerspænding DZ3), som er valgt således, at den første og den anden strømvej kortslutter de overspændinger til jord, som er større end vekselspændingens nominelle spidsværdi.

2. Indretning ifølge krav 1, kendetegnet 35 ved, at den første strømvej indbefatter en diode (D5, D6) i serie med en thyristor (TI), hvis styreelektrode og anode DK 163549 B 8 er forbundet ved hjælp af en zenerdiode (DZ3) , som har en zener-spænding, der er lig med nævnte vekselspændings positive spidsværdi, og hvis styreelektrode, under nævnte første arbejdsmåde, er indrettet til at modtage en sådan spænding (+U3), 5 at thyristoren (TI) bliver ledende ved en positiv spænding på dens anode.

3. Indretning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at den anden strømvej indbefatter en diode (D7) i serie med en thyristor (T2,T3), hvis styreelektrode 10 under den første arbejdsmåde er indrettet til at modtage en sådan spænding (-U1), at thyristoren (T2,T3) bliver ledende ved en negativ spænding på sin katode af en størrelse, der overstiger størrelsen af forsyningsspændingen (-U1) for den beskyttede kreds, og hvis styreelektrode under nævnte 15 anden arbejdsmåde er indrettet til at modtage en sådan spænding (-U2), at thyristoren (T2,T3) bliver ledende ved en negativ spænding på sin katode af en størrelse, der overstiger størrelsen af nævnte vekselspændings negative spidsværdi.

4. Indretning ifølge krav 1 eller 2, kendeteg-20 net ved, at nævnte anden strømvej indbefatter en diode (D7) i serie med en thyristor (T2,T3), hvis styreelektrode og anode er forbundet ved hjælp af en zenerdiode (DZ4), som har en zenerspænding, der er lig med størrelsen af nævnte vekselspændings negative spidsværdi. 25 30 35